DE102010034698A1

DE102010034698A1 - Elektromechanische Fahrzeuglenkung und Verfahren zu deren Herstellung

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Publication number: DE102010034698A1
Application number: DE102010034698A
Authority: DE
Inventors: Michael Niehues; Thomas Schneider; Wolfram Kreutzburg; Rainer Koetke
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2010-08-18
Filing date: 2010-08-18
Publication date: 2012-02-23

Abstract

Eine elektromechanische Fahrzeuglenkung umfasst einen Elektromotor (2), eine axial bewegbare Lenkstange (4) und ein Getriebe (3), über das der Elektromotor (2) antriebsmäßig mit der Lenkstange (4) gekoppelt ist, wobei das Getriebe (3) einen Zahnriementrieb (7) mit zwei Zahnriemenrädern (10, 12) und einem Zahnriemen (9) aufweist. Mindestens eines der Zahnriemenräder (10, 12) ist an einer Getriebekomponente derart montiert, dass dieses im an der Getriebekomponente befindlichen Zustand aus einer deachsierten Stellung, in welcher der Zahnriemen (9) lose ist, in eine bezüglich der Lage seiner Drehachse veränderte Stellung bewegbar ist, in der der Zahnriemen (9) gespannt ist. Dies gestattet insbesondere beim Einsatz akustisch vorteilhafter nicht-geradverzahnter Zahnriemen eine einfache Montage und ermöglicht eine kompakte Bauweise ohne zusätzliche Riemenspanner.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Fahrzeuglenkung, umfassend einen Elektromotor, eine axial bewegbare Lenkstange und ein Getriebe, über das der Elektromotor antriebsmäßig mit der Lenkstange gekoppelt ist, wobei das Getriebe einen Zahnriementrieb mit zwei Zahnriemenrädern und einem Zahnriemen aufweist.
Eine derartige Lenkung ist aus der DE 10 2008 050 248 A1 bekannt. Der Zahnriementrieb ist dabei über ein erstes, kleineres Zahnriemenrad mit einer Abtriebswelle des Motors und über ein weiteres, größeres Zahnriemenrad mit einer Kugelgewindemutter gekoppelt, die mit der Lenkstange in Wirkeingriff steht. Zur Einstellung der Riemenvorspannkraft wird nach dem Auflegen des Riemens auf die Riemenräder die Lenkstange gegenüber einem Lenkgetriebegehäuse bei gelöster Lagerung der Kugelgewindemutter solange verkippt, bis eine vorgegebene, während des Einstellvorgangs gemessene Riemenvorspannkraft erreicht ist. Anschließend wird die Lagerung der Kugelgewindemutter in der aufgefundenen Stellung im Lenkgetriebegehäuse fixiert. Ein Vorteil der aus der DE 10 2008 050 248 A1 bekannten Lenkung liegt darin, dass der Riementrieb ohne zusätzliche Spann- und Verstellvorrichtung auskommt.
Zahnriementriebe, die zusätzlich mit einer separaten Spann- und Verstellvorrichtung ausgestattet sind, ermöglichen zwar bei aufgelegtem Riemen ein Ein- und Nachstellen der Riemenvorspannkraft. Der Riemen wird dabei zunächst lose auf die Riemenräder aufgelegt und dann gespannt. Derartige Spann- und Verstellvorrichtungen beanspruchen jedoch viel Bauraum, bedingen zusätzliche Bauteile und sind technisch aufwändig, so dass diese für den Einsatz in einer elektromechanischen Fahrzeuglenkung mit Zahnriementrieb ungeeignet sind.
Es wird daher angestrebt, elektromechanische Fahrzeuglenkungen mit Riementrieb ohne separate Spann- und Verstellvorrichtung auszuführen. Allerdings ist dann die Montage des Riemens sehr aufwändig. Da die Herstellungsgenauigkeit von Zahnriemen schwankt, ergibt sich bei einem festen Achsabstand die Riementrumkraft. Ist keine Spann- oder Verstellmöglichkeit vorhanden, ergibt sich die Riementrumkraft aus dem Achsabstand und dem Durchmesser der Riemenräder. Es können sehr hohe bzw. niedrige Riementrumkräfte entstehen. Schwankende Riementrumkräfte sind jedoch unerwünscht, da diese die Präzision der Lenkunterstützung sowie die Lebensdauer der Lenkung beeinträchtigen. Ist überhaupt keine Spann- oder Verstellmöglichkeit vorhanden, muss die Riemenvorspannkraft bei der Montage sehr genau eingestellt werden.
Bei der aus der DE 10 2008 050 248 A1 bekannten Lenkung erfolgt die Fixierung der Lagerung der Kugelgewindemutter, nachdem bei aufgelegtem Riemen die gewünschte Riemenvorspannkraft eingestellt worden ist. Dies setzt jedoch voraus, dass die Lagerung bzw. entsprechende Mittel zur Befestigung derselben bei bereits aufgezogenem Riemen zugänglich ist bzw. sind. Nur dann kann nämlich eine Fixierung der Lagerung nach Einstellung der Riemenvorspannkraft erfolgen. Es gibt jedoch Einbausituationen, in denen es schwierig ist, bei bereits montiertem Riemen eine solche Lagereinstellung vorzunehmen, beispielsweise weil aufgrund beengter Platzverhältnisse die Lagerung bzw. deren Befestigungsmittel durch den Riementrieb, insbesondere ein Riemenrad verdeckt werden.
Zur Montage eines Zahnriemens in einer elektromechanischen Lenkung wurde ferner bereits erwogen, einen Zahnriemen im gespannten Zustand an die Zahnriemenräder zu transferieren. Hierzu wird der Zahnriemen unter Anlage einer vorgegebenen Riemenvorspannkraft mittels einer externen Messeinrichtung zunächst vermessen. Anschließend wird in Abhängigkeit des Messergebnisses der Achsabstand zwischen einem ersten Zahnriemenrad und einer Lagereinheit für ein weiteres Zahnriemenrad durch Verstellen der Position der Lagereinheit derart eingestellt, dass an dem nachfolgend montierten Zahnriemen eine vorgegebene Riemenvorspannkraft erhalten wird.
Ein Transferieren des Zahnriemens im gespannten Zustand setzt an dem Zahnriementrieb eine Geradverzahnung voraus, damit der Zahnriemen parallel zur Drehachse auf die Zahnriemenräder aufgeschoben werden kann, wobei der Riemen nicht stark überdehnt werden soll. Im Hinblick auf eine optimierte Geräuschunterdrückung sind jedoch Schrägverzahnungen, gepfeilte Verzahnungen und dergleichen, wie sie beispielsweise in der DE 10 2005 031 326 A1 im Zusammenhang mit einer elektromechanischen Lenkung beschrieben sind, von Vorteil. Entsprechende Riemen lassen sich jedoch aufgrund der Verzahnungsgeometrie nicht axial auf die bereits in ihrer Betriebsposition befindlichen Zahnriemenräder aufschieben.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektromechanische Fahrzeuglenkung zu schaffen, welche einerseits den Einsatz nicht-geradverzahnter Zahnriemen gestattet und andererseits ohne zusätzliche Riemenspanner auskommt.
Diese Aufgabe wird durch eine elektromechanische Fahrzeuglenkung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Lenkung umfasst einen Elektromotor, eine axial bewegbare Lenkstange und ein Getriebe, über das der Elektromotor antriebsmäßig mit der Lenkstange gekoppelt ist, wobei das Getriebe einen Zahnriementrieb mit zwei Zahnriemenrädern und einem Zahnriemen aufweist und mindestens eines der Zahnriemenräder an einer Getriebekomponente derart montiert ist, dass dieses im an der Getriebekomponente befindlichen Zustand aus einer deachsierten Stellung, in welcher der Zahnriemen lose ist, in eine bezüglich der Lage seiner Drehachse veränderte Stellung bewegbar ist, in der der Zahnriemen gespannt ist.
Hierdurch kann ein nicht-geradverzahnter Zahnriemen zunächst auf die Zahnriemenräder aufgelegt und durch eine einfache Prozedur, nämlich eine Relativbewegungen zwischen dem Zahnriemenrad und der entsprechenden Getriebekomponente gespannt werden.
Zusätzliche Riemenspanner sind hierbei nicht erforderlich. Die gewünschte Riemenvorspannkraft entsteht durch Bewegung des Zahnriemenrads in die Spannstellung
Eine Optimierung der Riemenvorspannkraft kann beispielsweise durch ein Vermessen des montierten Zahnriementriebs, beispielsweise durch Messen des Achsabstands, und Zusortierung eines entsprechend geeigneten Zahnriemens erzielt werden. Gegebenenfalls wird bei einer Serienfertigung eine Längenklassifizierung der Zahnriemen vorgesehen. Diese Vorgehensweise bietet sich insbesondere dann an, wenn die deachsierte Stellung und die Spannstellung zwei vorgegebene Zustände repräsentieren, die binär wählbar sind.
Alternativ kann die Position der Lagerung zumindest eines Zahnriemenrads in der Spannstellung in Abhängigkeit eines vermessenen Riemens voreingestellt werden. Durch Schalten in die deachsierte Stellung lässt sich dann der Riemen auflegen, woraufhin durch Schalten in die Spannstellung ein Spannen mit der gewünschten Riemenvorspannkraft erfolgt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.
So kann beispielsweise die Getriebekomponente mindestens einen erhabenen Umfangsabschnitt für das Zahnriemenrad aufweisen, der sich über einen ersten Teilbereich des Außenumfangs der Getriebekomponente erstreckt, sowie mindestens einen demgegenüber im Durchmesser zurückgesetzten Umfangsabschnitt, der sich über einen zweiten Teilbereich des Außenumfangs erstreckt, wobei der erste Teilbereich und der zweite Teilbereich in Umfangsrichtung der Getriebekomponente zueinander versetzt angeordnet sind. Hierdurch lässt sich mit geringem Aufwand eine Deachsierung des Zahnriemenrads gegenüber der Getriebekomponente realisieren. Durch den zurückgesetzten Umfangsabschnitt wird das benötigte Spiel für das Aufziehen des Riemens im losen Zustand geschaffen. Eine entsprechende Durchmesserreduzierung am Außenumfang der Getriebekomponente ist sehr einfach herstellbar.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante ist am Außenumfang der Getriebekomponente jeweils ein erhabener Umfangsabschnitt und ein zurückgesetzter Umfangsabschnitt vorgesehen. Beide Abschnitte liegen einander diametral gegenüber. Ferner weist in diesem Fall das Zahnriemenrad einen Innenring mit einem vollumfänglich konstanten Innendurchmesser auf, der auf den Außenumfang der Getriebekomponente aufgeschoben ist. Dabei liegt der Innenring in der Spannstellung an dem erhabenen Umfangsabschnitt an und ist von dem zurückgesetzten Umfangsabschnitt beabstandet. Durch eine Relativdrehung von etwa 180 Grad zwischen dem Zahnriemenrad und der Getriebekomponente kann so von der deachsierten Stellung in die Spannstellung und umgekehrt geschaltet werden. Der Kontakt über den Außenumfang gewährleistet nicht nur eine Einstellung des Achsabstands der Zahnriemenräder des Zahnriementriebs. Er bewirkt vielmehr gleichzeitig eine Lagefestlegung quer zur Abstandsrichtung. Zudem ermöglicht er auf einfache Art und Weise eine Zentrierung des Zahnriemenrads an der Getriebekomponente.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsvariante sind am Außenumfang der Getriebekomponente mehrere erhabene Umfangsabschnitte vorgesehen, während an dem Zahnriemenrad mehrere Vorsprünge vorgesehen sind, welche in der Spannstellung mit den erhabenen Umfangsabschnitten am Außenumfang der Getriebekomponente in Eingriff stehen, sowie Ausnehmungen, welche die erhabenen Umfangsabschnitte der Getriebekomponente in der deachsierten Stellung mit Spiel aufnehmen. Hierdurch wird der Bewegungshub zum Umschalten zwischen der deachsierten Stellung und der Spannstellung reduziert. Zudem lassen sich Unwuchten vermeiden, so dass Maßnahmen zum Ausgleich derselben unterbleiben können. Über die Vorsprünge und die erhabenen Umfangsabschnitte kann wiederum eine Zentrierung des Zahnriemenrads an der Getriebekomponente erzielt werden.
Die Getriebekomponente ist bevorzugt eine Kugelgewindemutter, welche über Kugeln mit einem Spindelabschnitt der Lenkstange in Eingriff steht. Über die Kugelgewindemutter lässt sich das Antriebsmoment des Motors in eine Axialkraft an der zu den Fahrzeugrädern führenden Lenkstange übersetzen: Der Anschluss des Zahnriementriebs an die Kugelgewindemutter ermöglicht eine kompakte Bauweise. Insbesondere kann die Kugelgewindemutter zumindest teilweise innerhalb des Zahnriementriebs platziert werden.
Vorzugsweise ist das Zahnriemenrad an einem stirnseitigen Flansch der Kugelgewindemutter angekoppelt, wobei die Zentrierung und Deachsierung des Zahnriemenrads bevorzugt über den Außenumfang dieses Flanschs erfolgt. Die vorstehend erläuterten funktionalen Durchmesservariationen des Außenumfangs lassen sich an einem solchen Flansch ohne großen Aufwand fertigen.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Zahnriementrieb eine gepfeilte Verzahnung oder eine Schrägverzahnung auf. Hierdurch lässt sich im Vergleich zu einer Geradverzahnung die Geräuschbildung verringern. Grundsätzlich kann jedoch bei der erfindungsgemäßen Lenkung auch ein Zahnriementrieb mit Geradverzahnung zum Einsatz kommen.
Eine gepfeilte Verzahnung bietet weiterhin den Vorteil, ein seitliches Wandern des Zahnriemens an den Zahnriemenrädern zu unterbinden. Hierdurch ist es möglich, an den Zahnriemenrädern auf ansonsten erforderliche Bordscheiben oder sonstige Ablaufsicherungen für den Zahnriemen zu verzichten, so dass sich die Zahnriemenräder mit geringem Aufwand herstellen lassen. Insbesondere kann auch eine separat zu befestigende Bordscheibe, welche nach dem Aufziehen des Zahnriemens montiert werden müsste, entfallen.
Bei der Herstellung der Lenkung kann in Bezug auf die Montage des Riementriebs wie folgt vorgegangen werden: zunächst werden die Zahnriemenräder montiert, wobei mindestens eines der Zahnriemenräder gegenüber einer Getriebekomponente deachsiert wird. Anschließend wird der Zahnriemen lose auf die Zahnriemenräder aufgelegt. Danach wird mindestens ein Zahnriemenrad aus seiner deachsierten Stellung in die Spannstellung bewegt, um dabei den Zahnriemen zu spannen. Schließlich werden das bzw. die zunächst deachsierten Zahnriemenräder in der Spannstellung fixiert. Diese Vorgehensweise ermöglicht das Aufziehen von Zahnriemen mit Verzahnungsprofilen, die sich geometriebedingt bei nur gering oder nicht deachsierten Zahnriementrieben nicht axial auf die Zahnräder aufschieben lassen. Gleichzeitig lässt sich eine definierte Riemenspannung gewährleisten. Überdies ist diese Vorgehensweise einfach automatisierbar und hinreichend prozesssicher.
Das Spannen des Zahnriemens wird vorzugsweise durch eine Relativverdrehung von Zahnriemenrad und Getriebekomponente vorgenommen, die sich nach dem Auflegen des Zahnriemens problemlos bewerkstelligen lässt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine Teilansicht einer elektromechanischen Lenkung im Bereich eines Zahnriementriebs im Schnitt.
2 eine räumliche Teilansicht des Zahnriementriebs der Lenkung, vor der Montage eines der Zahnriemenräder und des Zahnriemens, wobei die das zweite Zahnriemenrad aufnehmende Getriebekomponente sich in einer Stellung befindet, welche eine deachsierte Montage des Zahnriemenrads gestattet
3 eine Frontansicht auf die Ebene des Zahnriementriebs im Zustand von 2.
4 eine Ansicht entsprechend 3 mit nunmehr aufgeschobenem Zahnriemenrad in deachsierter Stellung.
5 eine Ansicht entsprechend 3 und 4 mit nunmehr lose aufgelegten Zahnriemen.
6 eine Frontansicht auf die Ebene des Zahnriementriebs mit in die Spannstellung gebrachten Zahnriemenrad, in der der Riemen gespannt ist.
7 eine schematische Darstellung der Anlageverhältnisse zwischen dem Zahnriemenrad und der dieses aufnehmenden Getriebekomponente.
8 eine schematische Darstellung der Anlageverhältnisse zwischen dem Zahnriemenrad und der dieses aufnehmenden Getriebekomponente für eine erste Ausführungsvariante,
9 eine Ansicht des Zahnriemenrads mit Pfeilverzahnung, und in
10 eine Ansicht eines alternativen Zahnriemenrads mit versetzter Pfeilverzahnung.
Die 1 bis 7 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung 1, welche einen elektrischen Motor 2 aufweist. Das Antriebsmoment des Motors 2 wird über ein Getriebe 3 in eine Translation einer Lenkstange 4 übersetzt, welche sich durch ein Lenkgetriebegehäuse 5 erstreckt. Die Lenkstange 4 ist an ihren Enden über nicht näher dargestellte Spurstangen mit ebenfalls nicht näher dargestellten Radträgern gekoppelt, um einen fahrerseitigen Lenkbefehl an den zugehörigen Fahrzeugrädern zur Wirkung zu bringen. Mit der Lenkstange 4 kämmt ein Lenkungsritzel, das in an sich bekannter Art und Weise über eine Lenkwelle mit einem Lenkrad verbunden ist. Das Lenkgetriebegehäuse 5 nimmt den Motor 2, das Getriebe 3, die Lenkstange 4 und das Lenkungsritzel auf.
Das Getriebe 3 umfasst einen Zahnriementrieb 7 sowie eine Einrichtung zur Wandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung, vorliegend beispielhaft einen Kugelgewindetrieb 8.
Der Riementrieb 7 umfasst einen Zahnriemen 9, ein antreibendes Zahnriemenrad 10, das drehfest mit einer Abtriebswelle 11 des Motors 2 gekoppelt ist, sowie ein angetriebenes Zahnriemenrad 12, das drehfest mit einer Kugelgewindemutter 13 des Kugelgewindetriebs 8 gekoppelt ist. Die Kugelgewindemutter 13 steht dabei mit einem Spindelabschnitt 14 der Lenkstange 4 über Kugeln 15 in Gewindeeingriff und ist in dem Lenkgetriebegehäuse 5 über ein Wälzlager 16 drehbar gelagert und axial festgelegt. Dabei bilden das angetriebene Zahnriemenrad 12, die Kugelgewindemutter 13 und das Wälzlager 16 eine Baugruppe, deren radiale Position im Lenkgetriebegehäuse 5 für die Riemenvorspannkraft F_V maßgeblich ist.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Wälzlager 16 mit der Kugelgewindemutter 13 gegenüber dem Lenkgetriebegehäuse 5 in einer Ebene radial verschiebbar, d. h. parallel zu dem Zahnriementrieb 7 verschiebbar, solange das Wälzlager 16 nicht mit seinem Lageraußenring 17 am Lenkgetriebegehäuse 6 festgelegt ist. An dem Lenkgetriebegehäuse 5 ist hierzu eine Aufnahme 18 mit einer axialen Stirnwand 19 zur Anlage des Lageraußenrings 17 ausgebildet, welche in Radialrichtung einen größeren Durchmesser als der Lageraußenring 17 aufweist, um ein radiales Einstellen gegenüber dem Lenkgetriebegehäuse 5 zu ermöglichen.
Zur Festlegung des Wälzlagers 16 dient eine Lagerklemmscheibe 20, welche mittels Spannbolzen 21 mit dem Lenkgetriebegehäuse 5 verspannt ist. Die Spannbolzen 21 werden durch den Zahnriementrieb 7 verdeckt. Um einen Zugang zu ermöglichen, sind zumindest an der Kugelgewindemutter 13 entsprechende Durchgangsöffnungen 22 vorgesehen.
Für ein einfaches Auflegen des Zahnriemens 9 auf die Zahnriemenräder 10 und 12 ist zumindest eines der Zahnriemenräder, vorliegend beispielhaft das angetriebene Zahnriemenrad 12 an einer Getriebekomponente, hier der Kugelgewindemutter 13, derart montiert, dass dieses im an der Getriebekomponente befindlichen Zustand zwischen zwei Stellungen bewegbar ist, durch welche sich der Achsabstand des Zahnriementriebs 7 verändert. 8 zeigt in der linken Bildhälfte den Zahnriementrieb bei gespanntem Zahnriemen 9 mit dem Achsabstand a zwischen den Drehachsen der Zahnriemenräder 10 und 12. In der rechten Hälfte ist das angetriebene Zahnriemenrad 12 im deachsierten Zustand dargestellt. Der Mittelpunkt M₁₂ des Zahnriemenrads 12 ist dabei in Achsabstandsrichtung um das Maß s gegenüber dem Mittelpunkt M₁₃ der Kugelgewindemutter 13 verschoben, so dass der Achsabstand a des Spannzustands um das Maß s reduziert ist. Es gilt somit für den reduzierten Achsabstand b = a – s. Das Maß s ist dabei so groß gewählt, dass ein Riemen 9 in dieser Stellung unabhängig von der gewählten Verzahnungsgeometrie des Zahnriementriebs 7 lose aufgelegt werden kann. Nach dem Auflegen des Zahnriemens 9 wird das Zahnriemenrad 12 durch eine Relativverdrehung zwischen denselben und der Getriebekomponente bzw. Kugelgewindemutter 13 in seine Spannstellung gebracht, in der das Zahnriemenrad 12 an der Getriebekomponente bzw. Kugelgewindemutter 13 zentriert ist, so dass die vorgenannten Mittelpunkte M₁₂ und M₁₃ zusammenfallen. Dieser Spannvorgang lässt sich ohne zusätzliche Bauteile in Form von Riemenspannern und dergleichen bewerkstelligen. Die Deachsierung wird vielmehr durch geeignete Formflächen an ohnehin benötigten Bauteilen realisiert.
Dazu weist die Getriebekomponente, das heißt hier die Kugelgewindemutter 13 mindestens einen erhabenen Umfangsabschnitt 23 zur Anlage gegen das Zahnriemenrad 12 auf, der sich über einen ersten Teilbereich des Außenumfangs der Getriebekomponente erstreckt. Weiterhin ist an dem Außenumfang mindestens ein demgegenüber im Durchmesser zurückgesetzter Umfangsabschnitt 24 vorgesehen, der sich über einen zweiten Teilbereich erstreckt, wobei beide Teilbereiche in Umfangsrichtung der Getriebekomponente zueinander versetzt angeordnet sind.
Wie insbesondere 7 zeigt, ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel jeweils ein erhabener Umfangsabschnitt 23 und ein zurückgesetzter Umfangsabschnitt 24 vorgesehen, die sich am Außenumfang eines stirnseitigen Flanschs 25 der Kugelgewindemutter 13 befinden. Die zwei Umfangsabschnitte 23 und 24 liegen einander diametral gegenüber. Der Rücksprung des zurückgesetzten Umfangsabschnitts 23 gegenüber dem erhabenen Umfangsabschnitt 24 entspricht dabei dem oben erläuterten Maß s.
Das angetriebene Zahnriemenrad 12 des ersten Ausführungsbeispiels erstreckt sich mit einem Innenring 26 um den Außenumfang des Flansches 25. Dieser Innenring 26 weist im Bereich des Flansches 25 vollumfänglich einen konstanten Innendurchmesser auf. Er ist auf den Außenumfang der Getriebekomponente bzw. des Flansches 25 aufgeschoben und entspricht in seinem Innendurchmesser dem Durchmesser des erhabenen Umfangsabschnitts 23. In der Spannstellung liegt somit der Innenring 26 an dem erhabenen Umfangsabschnitt 23 an. Er ist jedoch von dem zurückgesetzten Umfangsabschnitt 24 beabstandet, wie dies in 7 in der linken Bildhälfte dargestellt ist. Durch den Kontakt zwischen dem Innenring 26 und dem erhabenen Umfangsabschnitt 23 wird gleichzeitig das Zahnriemenrad 12 an der Getriebekomponente bzw. der Kugelgewindemutter 13 zentriert. In diesem Fall wird die deachsierte Stellung des Zahnriementriebs 7 durch eine Relativdrehung von 180 Grad erreicht, wie dies in 7 rechts dargestellt ist. Das Zahnriemenrad 12 kann zur Montage eines Zahnriemens 9 mit seinem Innenring 26 in Anlage gegen den zurückgesetzten Umfangsabschnitt 24 gebracht werden, um den Achsabstand zwischen den Zahnriemenrädern 10 und 12 zu verringern.
Von dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind zahlreiche Abwandlungen möglich, ohne das Prinzip einer einfachen, riemenspannerfreien Montage des Zahnriemens 9 zu verletzen.
Anstelle einer V-förmig gepfeilten Verzahnungsgeometrie, wie sie in 9 an einem angetriebenen Zahnriemenrad 12 mit Pfeilverzahnung 27 dargestellt ist, kann beispielsweise auch eine versetzte Pfeilverzahnung 28 wie in 10 dargestellt zum Einsatz kommen. Im letztgenannten Fall sind die unter unterschiedlichen Anstellwinkeln verlaufenden Zahnflanken in Umfangsrichtung etwas versetzt, so dass sich eine noch bessere Sicherung gegen ein seitliches Wandern des Zahnriemens 9 ergibt. Wie 9 und 10 entnommen werden kann, kann ein Zahnrad mit Pfeilverzahnung 27/28 ohne Bordscheiben ausgebildet werden, so dass das für die Deachsierung benötigte Maß s verhältnismäßig klein bleibt. Durch den Entfall von Bordscheiben verkürzt sich zudem die Axiallänge der Zahnriemenräder 10 und 12.
Es ist jedoch grundsätzlich möglich, auch schrägverzahnte oder geradverzahnte Zahnriemen zu verwenden, wobei dann allerdings einem seitlichen Wandern des Zahnriemens beispielsweise durch Bordscheiben begegnet werden muss.
Eine weitere Abwandlung des Ausführungsbeispiels ist in 8 dargestellt. In diesem Fall sind am Außenumfang der Getriebekomponente, das heißt am Außenumfang des Flansches 125 der Kugelgewindemutter 113 mehrere erhabene Umfangsabschnitte 123 vorgesehen, die in Umfangsrichtung durch zurückgesetzte Umfangsabschnitte 124 voneinander getrennt sind.
Das Zahnriemenrad 112 weist an seinem Innenring 126 mehrere einwärts gerichtete Vorsprünge 130 auf, welche in der in 8 links dargestellten Spannstellung mit den erhabenen Umfangsabschnitten 123 in Eingriff stehen, um das Zahnriemenrad 112 an der Kugelgewindemutter 113 zu zentrieren. Zwischen den Vorsprüngen 130 gebildete Ausnehmungen 131 am Innenring 126 nehmen in der deachsierten Stellung die erhabenen Umfangsabschnitte 123 der Getriebekomponente mit Spiel auf. Gleichzeitig haben die Vorsprünge 130 Spiel zu den zurückgesetzten Umfangsabschnitten 124, so dass wie in 7 eine Deachsierung um das Maß s ermöglicht wird. Im Unterschied zu der in 7 dargestellten Variante reicht jedoch ein kleinerer Verdrehwinkel aus, um das Zahnriemenrad 112 von der deachsierten Stellung in die Spannstellung und umgekehrt zu bewegen. Darüber hinaus können die erhabenen und zurückgesetzten Umfangsabschnitte 123 und 124 sowie die Vorsprünge 130 und Ausnehmungen 131 gleichmäßig am Umfang verteilt werden, so dass keine Unwucht entsteht.
Nachfolgend soll nun noch die Vorgehensweise bei der Montage des Zahnriementriebs während der Herstellung der Lenkung erläutert werden.
2 und 3 zeigen die Komponenten der Lenkung mit bereits am Lenkgetriebegehäuse 5 montiertem Motor 2, an dessen Ausgangswelle 11 das antreibende Zahnriemenrad 10 befestigt ist. Ferner ist auch bereits die Kugelgewindemutter 13 am Lenkgetriebegehäuse 5 angebracht und bezüglich der Lage ihrer Drehachse in Betriebsstellung fixiert. In 3 ist die Lage des erhabenen Umfangsabschnitts 23 sowie des zurückgesetzten Umfangsabschnitts 24 am Außenumfang des Flanschs 25 gut zu erkennen. Die Kugelgewindemutter 13 befindet sich dabei in einer Stellung, welche eine für das Auflegen des Zahnriemens 9 geeignete Deachsierung des angetriebenen Zahnriemenrads 12 gestattet.
In dieser Situation wird nun, wie in 4 dargestellt, das Zahnriemenrad 12 axial auf den Flansch 25 aufgeschoben und mit seinem Innenring 26 in tangentiale Anlage gegen den zurückgesetzten Umfangsabschnitt 23 gebracht, wodurch sich dieses in um das Maß s deachsierter Stellung befindet.
Hierauf kann nun, wie in 5 dargestellt, der Zahnriemen 9 an den Zahnriemenrädern 10 und 12 montiert werden.
Durch anschließende Rotation der Kugelgewindemutter 13, vorliegend um 180 Grad, wird der Flansch 25 derart gedreht, dass dessen erhabener Umfangsabschnitt 24 in Anlage gegen den Innenring 26 des Zahnriemenrads 12 gelangt. Hierdurch wird der Zahnriemen 9 auf die gewünschte Vorspannung gebracht (vgl. 6).
Abschließend wird das Zahnriemenrad 12 in dieser Position, in der das Zahnriemenrad 12 an der Kugelgewindemutter 13 zentriert ist, beispielsweise mittels nicht näher dargestellter Bolzen am Flansch 25 der Kugelgewindemutter 13 fixiert.
Zur präzisen Einstellung der Riemenvorspannkraft können im Hinblick auf die schwankenden Fertigungstoleranzen von Zahnriemen 9 diese sowie gegebenenfalls auch die montierten Zahnriemenräder 10 und 12 hinsichtlich ihres Achsabstands zunächst vermessen werden. Durch Zusortierung eines entsprechend geeigneten Zahnriemens 9 lässt sich eine gewünschte Riemenvorspannkraft F_V sehr genau einhalten. Bei einer Serienfertigung kann gegebenenfalls auch eine Klassifizierung der Zahnriemen 9 vorgesehen werden.
Es ist jedoch auch möglich, die Position der Lagerung zumindest eines der Zahnriemenräder, beispielsweise des angetriebenen Zahnriemenrads 12 in der Spannstellung in Abhängigkeit eines vermessenen Riemens 9 voreinzustellen, so dass ein Nachmessen des tatsächlichen Achsabstands der Zahnriemenräder 10 und 12 entfallen kann. Die radiale Position des Zahnriemenrads 12 kann beispielsweise über die oben beschriebene Einstellmöglichkeit für die Lage der Kugelgewindemutter 13 oder auf andere Art und Weise festgelegt werden. Zur Montage des Riemens 9 wird, wie bereits beschrieben, der Zahnriementrieb 7 bzw. das angetriebene Zahnriemenrad 12 zunächst in die deachsierte Stellung gebracht. Nach Auflegen des Riemens 9 kann dann ohne weiteres in die Spannstellung gedreht werden, so dass sich die gewünschte Riemenvorspannkraft F_V einstellt.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie weiterer Ausführungsvarianten näher erläutert. Sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
Bezugszeichenliste

1: elektromechanische Lenkung
2: Motor
3: Getriebe
4: Lenkstange bzw. Zahnstange
5: Lenkgetriebegehäuse
7: Zahnriementrieb
8: Kugelgewindetrieb
9: Zahnriemen
10: antreibendes Zahnriemenrad
11: Ausgangswelle
12: angetriebenes Zahnriemenrad
13: Kugelgewindemutter
14: Spindelabschnitt
15: Kugel
16: Wälzlager
17: Lageraußenring
18: Aufnahme
19: Stirnwand
20: Lagerklemmscheibe
21: Spannbolzen
22: Durchgangsöffnung
23: erhabener Umfangsabschnitt
24: zurückgesetzter Umfangsabschnitt
25: Flansch
26: Innenring
27: Pfeilverzahnung
28: versetzte Pfeilverzahnung
112: angetriebenes Zahnriemenrad
113: Kugelgewindemutter
123: erhabener Umfangsabschnitt
124: zurückgesetzter Umfangsabschnitt
125: Flansch
126: Innenring
130: Vorsprung
131: Ausnehmung
a: Achsabstand der Zahnriemenräder in Spannstellung
b: Achsabstand der Zahnriemenräder in deachsierter Stellung
s: Deachsierung/Rücksprung
F_V: Riemenvorspannkraft
M₁₂: Drehachse des angetriebenen Zahnriemenrads 12
M₁₃: Drehachse der Kugelgewindemutter 13
M₁₁₂: Drehachse des angetriebenen Zahnriemenrads 112
M₁₁₃: Drehachse der Kugelgewindemutter 113

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008050248 A1 [0002, 0002, 0005]
DE 102005031326 A1 [0007]

Claims

Elektromechanische Fahrzeuglenkung, umfassend: einen Elektromotor (2), eine axial bewegbare Lenkstange (4), und ein Getriebe (3), über das der Elektromotor (2) antriebsmäßig mit der Lenkstange (4) gekoppelt ist, wobei das Getriebe (3) einen Zahnriementrieb (7) mit zwei Zahnriemenrädern (10, 12, 112) und einem Zahnriemen (9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Zahnriemenräder (10, 12, 112) an einer Getriebekomponente derart montiert ist, dass dieses im an der Getriebekomponente befindlichen Zustand aus einer deachsierten Stellung, in welcher der Zahnriemen (9) lose ist, in eine bezüglich der Lage seiner Drehachse veränderte Stellung bewegbar ist, in der der Zahnriemen (9) gespannt ist.
Elektromechanische Fahrzeuglenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebekomponente mindestens einen erhabenen Umfangsabschnitt (23, 123) zur Anlage des Zahnriemenrads (12) aufweist, der sich über einen ersten Teilbereich des Außenumfangs der Getriebekomponente erstreckt, sowie mindestens einen demgegenüber im Durchmesser zurückgesetzten Umfangsabschnitt (24, 124), der sich über einen zweiten Teilbereich des Außenumfangs erstreckt, wobei der erste Teilbereich und der zweite Teilbereich in Umfangsrichtung der Getriebekomponente zueinander versetzt angeordnet sind.
Elektromechanische Fahrzeuglenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Außenumfang der Getriebekomponente jeweils ein erhabener Umfangsabschnitt (23) und ein zurückgesetzter Umfangsabschnitt (24) vorgesehen ist, die einander diametral gegenüber liegen, und dass das Zahnriemenrad (12) mit einem Innenring (26), der einen vollumfänglich konstanten Innendurchmesser aufweist, auf den Außenumfang der Getriebekomponente aufgeschoben ist, wobei der Innenring (26) in der Spannstellung an dem erhabenen Umfangsabschnitt (23) anliegt und von dem zurückgesetzten Umfangsabschnitt (24) beabstandet ist.
Elektromechanische Fahrzeuglenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Außenumfang der Getriebekomponente mehrere erhabene Umfangsabschnitte (123) vorgesehen sind, und an dem Zahnriemenrad (112) mehrere Vorsprünge 130) vorgesehen sind, welche in der Spannstellung mit den erhabenen Umfangsabschnitten (123) am Außenumfang der Getriebekomponente in Eingriff stehen, sowie Ausnehmungen (131), welche die erhabenen Umfangsabschnitte (123) der Getriebekomponente in der deachsierten Stellung mit Spiel aufnehmen.
Elektromechanische Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebekomponente eine Kugelgewindemutter (13, 113) ist, welche über Kugeln (15) mit einem Spindelabschnitt (14) der Lenkstange (4) in Eingriff steht.
Elektromechanische Fahrzeuglenkung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelgewindemutter (13, 113) einen Flansch (25, 125) aufweist, an dessen Außenumfang das Zahnriemenrad (12, 112) zentrierbar und deachsierbar ist.
Elektromechanische Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnriementrieb eine gepfeilte Verzahnung (27, 28) aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer elektromechanischen Lenkung (1), welche nach einem der vorgenannten Ansprüche ausgebildet ist, bei dem zunächst die Zahnriemenräder (10, 12, 112) montiert werden, wobei mindestens eines der Zahnriemenräder gegenüber einer Getriebekomponente (10, 12, 112) deachsiert wird, anschließend der Zahnriemen (9) lose auf die Zahnriemenräder (10, 12, 112) aufgelegt wird, danach das mindestens eine Zahnriemenrad (10, 12, 112) aus seiner deachsierten Stellung in die Spannstellung bewegt wird, um dabei den Zahnriemen (9) zu spannen, und schließlich das bzw. die zunächst deachsierten Zahnriemenräder (10, 12, 112) in der Spannstellung fixiert werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannen des Zahnriemens (9) durch eine Relativverdrehung von Zahnriemenrad (12, 112) und Getriebekomponente vorgenommen wird.